光伏组件“退休”判定——组件回收利用第一步

光伏组件“退休”判定——组件回收利用第一步

毛惠洁

水发兴业能源（珠海）有限公司   广东珠海  519085

摘要：本文结合已投用、达到设计寿命期的、停用的光伏系统光伏组件的发电性能、安全性、经济性等角度探索光伏组件退役判定路径，提出光伏组件判退依据、技术路线与步骤。

关键词：光伏组件 退役 判定 回收

一、国内光伏组件回收体系发展现状

2020年“双碳”目标正式提出后，明确了清洁能源产业在实现“双碳”目标中应扮演的重要角色后，也为人们展现了清洁能源产业无限的发展潜力，而光伏能源逐渐成为能源转型中的主角，根据国家能源局公布的2022年光伏发电建设运行数据显示， 2022年我国光伏发电新增并网容量87.4GW，其中集中式光伏电站36.29GW、分布式光伏51.11GW，截至2022年底，全国光伏发电累计并网容量392.04GW，其中集中式光伏电站234.42GW、分布式光伏157.62GW。从长远看，光伏发电在世界能源中的比例将不断上升，将逐步降低电力对化石能源的依赖，是可再生能源的重要成员。根据欧洲JRC的预测，2030年可再生能源在总能源结构中的比例将达到30%以上，光伏发电的世界总电力比例达到10%以上；2040年可再生能源的比例将达50%以上，光伏发电将占总电力的20%以上，到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80%以上，太阳能光伏发电占到60%以上。目前光伏产业已经相当成熟，涵盖了原材料的提炼、太阳电池制备、组件生产、发电系统建设到系统运维等上下游，而组件回收环节虽尚未实现产业化，但已在国外悄然起步，早在2004年，日本全国发行《关于太阳能电池类物品废弃处理的法律事项》；2012年最新修订的《欧盟废弃电子电器产品管理条例》(Directive on Waste Electrical and Electronics Equipment，WEEE)率先将太阳能光伏组件纳入管理范围。

相应地，国内光伏组件回收的标准也在积极地建设中，国内有已发布的国家标准GB/T 39753-2021《光伏组件回收再利用通用技术要求》、GB/T 38785-2020《建筑用薄膜太阳能电池组件回收再利用通用技术要求》和正在编制中的国家标准《晶体硅光伏组件回收处理方法 物理法》，这些标准描述了废弃组件如何处理及提供了处理的方法，而对于如何开展光伏组件退役判定以及光伏组件要达到什么标准才可退役，没有具体描述。已发布团体标准T/CPIA 0043-2022《晶体硅光伏组件报废指南》只针对并网型光伏系统中在役晶体硅光伏组件的报废，不能应用于主动丢弃或放弃使用的光伏组件的废弃判定，适用范围较小，本文提出的组件退役判定的依据、技术路线与步骤适用范围与之具有很大的不同，本文所提出的退役判定方法既可用于标准光伏组件，也可用于建筑构件光伏组件，另外，还适用于所有使用过的光伏组件，无论是在役光伏组件还是被丢弃或放弃的光伏组件。

二、光伏组件退役判定的必要性

国际能源署(IEA)发布2021年全球光伏报告，报告显示：2021年全球光伏市场再次强势增长，2021年装机175GW，累计装机容量达942GW。随着光伏产业的蓬勃发展，我国光伏组件产量已多年位居世界第一，多个国内光伏企业占据世界前十大光伏企业。

据国际可再生能源机构（IRENA）预测，从2025年起，我国开始产生大批量的退役光伏组件。至2030年，废弃光伏组件将达到150万吨左右，在2050年将达到2000万吨。而根据光伏组件25年(标称寿命)的使用寿命，具有一定规模的废弃光伏组件即将在数年内出现，且每年废弃规模将逐步增长。如此规模的废弃组件的回收具有极大的环保作用，可减少重金属的环境污染，减轻废弃物对土地的负担，实现零部件的再使用、材料的再生利用。因此解决废弃光伏组件回收问题刻不容缓。

此外，光伏组件的工作环境复杂多样，组件的使用寿命受到不同程度的影响。我国国土面积963.4万平方公里，土地广阔，跨越了三大阶梯地形，覆盖了平原、丘陵、森林、荒漠、沙漠等地貌，包含了热带季风气候、亚热带季风气候、温带季风、温带大陆性气候和高原山地气候。在这些丰富多样的环境中，组件受到不同温度、湿度的组合冲击，组件内部也可能存在应力负荷的问题。光伏产品技术更新快速，产品质量参差不齐，据测算大约有10%的已投入使用的组件将在其标称使用寿命到达之前不能正常使用，这些组件若没有及时处理，会影响整个系统的效率，甚至存在安全隐患。光伏组件退役的判定不仅有利于及时将存在安全隐患的组件进行“退休”处理，保障光伏发电的良好运作，同时还具有衔接光伏发电的运作环节与回收环节的重要作用，是光伏组件回收再利用的先决条件，更是促进尚在萌芽的组件回收产业有序、良性发展的前置导向。

三、光伏组件退役判定方法与路径

光伏组件退役判定需抓住光伏组件发电价值、运作安全的关键点，从发电性能与安全性能两方面，进行组件的技术性判退工作，对于保障组件的发电价值最大化、缺陷组件的及时退役具有重大意义。光伏组件退役判定可遵循以下原则：

标准光伏组件结构主要为单层玻璃形式，可结合发电性能、安全性能、经济性等进行综合判定是否退役。

建材型光伏组件主要为多层玻璃光伏组件，其在作为发电的同时还兼具建筑构件的功能，故其判废标准更倾向于保证结构安全与建筑功能。

技术方法：

1. 当光伏组件无故障、未达到标称寿命、未达到经济寿命时，可继续使用。
2. 当光伏组件无故障，但已达到标称寿命时，则判断经济寿命。

公式1：当时，判断为光伏系统到达经济寿命，可判退。

——经济寿命

——发电收益

——发电成本

影响光伏系统经济寿命的主要因素有发电效率、运行维护费、土地租赁费等。

3. 当光伏组件存在重大安全隐患且无法修复时，可判退。
4. 当光伏组件出现故障，则查找故障表象及判断故障原因，并从技术方面判断是否可修复；当不可修复时，可判退；

技术判定通常从功率衰减、电路故障、过热故障、接线盒故障、漏电故障和外观故障等方面进行综合判断。

功率衰减从自然衰减及故障衰减两方面进行判断，当光伏组件因自然衰减导致功率超出标准限定值时，则判断经济寿命，当时，判断为光伏系统到达经济寿命，可判退。

故障检查与修复方法可参照GB/T 36567-2018。

5. 当光伏组件出现故障，从技术方面判断可修复时，则判断经济可行性。经济可行性可根据下式判断：

公式2：当时，认为经济不可行，可判退。

公式3：当时，认为经济性可行，可继续使用。

公式4：

——发电增收

——组件维修后的发电总收益

——组件不维修的后续发电总收益

——修复成本，修复成本的主要考虑因素有材料费、人工费、维修费、运输成本、拆装费及因维修导致的停产损失等。

6. 应用于建筑物或构筑物上的构建型光伏组件的判退条件除遵循上述原则外，还应按满足GB/T 21086、JGJ102、JGT231、JGJ255、JGT274、JGJ237、JGJ214的相关要求，若仍满足相应部位构件使用要求，且不存在安全隐患，即使光伏组件发电功能完全丧失，可不判退；若达不到相应部位构件的要求，可判退。
7. 组件经修复后，还应再次进行安全性评估，满足安全性能要求后，可继续使用；不满足则判退。

光伏组件退役判定技术路线：

四、结语

在ISO与IEC已发布的标准中，目前没有针对光伏组件退役判定的国际标准，而各国家或区域内执行的标准目前也没有涉及。我国废弃光伏组件回收产业尚处于起步阶段，针对组件该不该退，能不能废的问题业内也尚无明确的边界与定义，亟需制定指导标准以保障组件回收产业的有序、健康发展。

光伏组件退役的判定是为了实现在役光伏组件的价值最大化和不满足使用要求的光伏组件的及时退役，为光伏组件发电环节与回收环节的科学衔接创造条件，为组件退役后更好的开展回收利用。光伏组件回收之路阻且长，行而不辍，未来可期。

参考文献：

[1]北极星太阳能光伏网《能源需求推动光伏产业发展》2011-8-31

[2]全国能源信息平台《光伏组件“退役期”将至建立回收体系迫在眉睫》2022-5-10

[3]坎德拉学院官方微信公众号《垃圾分类？光伏组件也可以有！》2019-07-05